淬火工艺对新型高碳铬轴承钢GCr17Mo

国内轴承行业广泛采用GCr15SiMn高碳铬轴承钢，进行马氏体回火热处理，满足轴承用户的技术要求。虽然GCr15SiMn钢在淬火加热和淬火冷却工艺上采取了强烈冷却的措施，但对一些大壁厚轴承零件，仍与用户的需求存在一定的差距。而国外轴承行业往往采用一些具有更高淬透性的全淬轴承钢来解决这一难题。用户提供的GCr17Mo新型高淬透性轴承钢，可以获得较高的硬度，但该材料的热处理工艺及组织性能检验方面缺少参考经验。为此，科研人员针对用户提供的GCr17Mo钢，进行了原材料成分分析及相关检验，并开展热处理工艺试验及组织性能检验方面的工作，为批量生产加工提供技术保障。
试验原材料为客户提供的直径Φ130mm的高碳铬轴承钢GCr17Mo，热轧未退火态。利用直读光谱分析仪对钢的主要化学元素进行了检测，见表1。
按照GB/T 18254—2002中GCr15SiMn钢非金属夹杂物及碳化物分布标准对原材料中的非金属夹杂物及碳化物的形貌进行了观察，评级结果见表2。
表1 GCr17Mo钢的化学成分（质量分数，%）
钢种CCrNiMoSiMnPS
GCr17Mo0.981.700.070.450.230.700.010.002
GCr15SiMn0.95～1.051.40～1.65≤
0.30≤
0.100.45～0.750.95～1.25≤0.025≤0.025

将原材料锻造成环件。环件锻造工序流程为：锻造加热（温度1130℃）→锻造成形→雾冷→正火（加热温度920℃，保温1.5h）→球化退火（球化温度790℃，保温时间6h）。经球化退火后的环件沿其中部线切割高度为30mm的环件试样，在环形试样上切取数块试块，用于退火组织检验及热处理工艺试验。
表2 GCr17Mo钢非金属夹杂物及碳化物评级
钢种硫化物氧化铝硅酸盐点状不变形碳化物
带状碳化物
液析
粗系细系粗系细系粗系细系粗系细系
GCr17Mo
实际值00.50000.500.500.5
GCr15SiMn标准值≤1.5≤2.5≤1.0≤2.0≤0.5≤0.5≤1.0≤1.0≤3.5≤2.5

采用HB-3000布氏硬度计，检测环件端面硬度。对金相试样进行横截面退火组织和纵截面退火组织观察，均满足JB/T 1255-2014锻件要求。
对退火态试块进行不同温度淬火，淬火温度为810、830、850、870和930℃，时间40min，之后在175℃回火2.5h。测量试样淬火及回火后的硬度；观察显微组织和形貌，采用磁轭法对试样进行裂纹检测。试验结果表明：
（1）对于新型高碳铬轴承钢GCr17Mo，在淬火时间40min条件下，当淬火温度为810、830和850℃时，淬回火组织级别分别为2、3、3，淬回火后硬度为60.5～62.3HRC符合要求，且无淬火裂纹；当淬火温度为870、930℃时，组织过热不合格，且有细小淬火裂纹出现。综合考虑淬火加热温度在820～850℃比较合理。
（2）在淬火温度830℃条件下，淬火时间15min时，GCr17Mo淬回火后组织为块状屈氏体，大于2级，硬度较低为59.0HRC。实际生产中，加热时间的确定可参照高碳铬轴承钢GCr15SiMn。